一种全介质蓝变黑结构色薄膜及系统的制作方法

本技术涉及结构色材料领域，尤其涉及一种全介质蓝变黑结构色薄膜及系统。

背景技术：

1、结构色是由物体的微观结构与可见光发生干涉、散射或者衍射等现象而显色，是一种物体呈色。产生结构色的方式包括基于多层薄膜的干涉效应、与表面或体周期相联系的衍射效应以及直径为亚波长数量级的颗粒产生的波长选择性散射。结构色是一种无须用染料、颜料着色就能产生的颜色。其中涉及两大基本光学原理光的干涉衍射。衍射现象是指当物体表面存在一种微纳米级周期性结构，光线入射时会产生不同颜色波长的分离衍射现象，周期越短，颜色分离越开，颜色就越纯。这种表面周期结构通常采用全息、电子束、激光直写，超精密cnc等工艺实现，具有广泛的应用。而呈现色彩另一主要技术是通的光的干涉实现的。单层膜干涉、多层膜干涉是薄膜干涉产生结构色的主要形式。这些现象的产生原因是由于薄膜上下表面的具有一定光程差的反射光在上表面发生了干涉，蓝色闪蝶、碧凤蝶、日本宝石甲虫等都是其中较为典型的代表。

2、专利号为cn105439462b的中国专利公开了利用空心球组装成的光子晶体，入射光在周期排列的光子晶体结构色薄膜表面形成干涉衍射，从而产生蓝绿色彩。但这种方法需要搅拌离心、化学反应、干燥、煅烧等步骤，相比电子束蒸发方法，这种方法工艺步骤复杂。

3、专利号为cn107867718b的中国专利公开了一种单分散空心结构蓝色tio2材料，在可见光照射下呈现蓝色，tio2空心球的壳层厚度为25-15nm，内部直径为200-300nm，tio2空心球尺寸分布均匀，呈单分散性，需要以正硅酸四乙酯为前驱体，氨水为催化剂合成sio2球模板，进而在sio2模板球外表面包覆tio2壳层，通过队形气氛中高温处理以及氢氧化钠溶液刻蚀移除sio2，制备过程复杂，对环境污染性较大。

4、专利号为cn101430389a的中国专利提供了一种蓝色分光片的膜堆结构，是三组膜堆堆叠而成的多层薄膜结构，为蓝色结构色，多层结构中第一周期性膜堆周期数为8-12，第二周期性膜堆的周期数为12-16，结构色薄膜器件总层数大于48层，薄膜层数较多，结构较为复杂，制备难度较大。

5、专利号为cn109485089a的中国专利提供了一种低角度依赖性蓝色硫化镉结构色薄膜，制备过程包括种子溶液制备、硫化镉乳浊液制备、沉降法结构色薄膜生长，制备过程较为复杂，对环境污染较大，且无法实现虹彩效果。

6、现有的专利技术，均未公开实现蓝色变为黑色的结构色薄膜。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种全介质蓝变黑结构色薄膜，可以实现从蓝色到黑色的色彩变化。

2、为了实现上述的技术目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种全介质蓝变黑结构色薄膜，所述薄膜的结构为：a2h(b1la1h)n1b1la1hb1l(a1hb1l)n1a2h或者a2h(b1la1h)n2b1l(a1hb1l)n2a2h，h代表为高折射率介质膜层，l代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λb的四分之一厚度为单位的厚度系数，所述中心波长λb范围在400nm-450nm，所述厚度系数a1的范围为0.1-5，厚度系数a2的范围为0.05-2.5,厚度系数b1的范围为0.1-5，且a1和b1的相对比例关系：a1/b1≤1；各膜层的物理厚度＝厚度系数×λb÷4÷各膜层采用的材料对应的折射率；n1和n2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1h或者低折射率介质膜层b1l为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；

3、所述结构色薄膜由交替的高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，所述结构色薄膜是以高折射率介质膜层或低折射率介质膜层为中心的对称结构，所述结构色薄膜最外边的两层为高折射率介质膜层；所述结构色薄膜位于基底上，所述基底采用黑色基底。

4、进一步的，所述膜层总数量在11层-35层之间。

5、进一步的，所述高折射率介质膜层采用折射率大于1.8的高折射率材料。

6、进一步的，所述高折射率材料采用hfo2、ta2o5、tio2、zro2和nb2o5中的一种。

7、进一步的，所述低折射率介质膜层采用折射率在1.3～1.8之间的低折射率材料。

8、进一步的，所述低折射率材料采用sio2、mgf2和al2o3中的一种。

9、进一步的，所述黑色基底为黑色塑料基底、黑色玻璃基底或者具有黑色表面的金属基底。

10、有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种全介质蓝变黑结构色薄膜系统，可以实现从蓝色到黑色的色彩变化。

11、为了实现上述的技术目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种全介质蓝变黑结构色薄膜系统，包括薄膜，所述薄膜的结构为：a2h(b1la1h)n1b1la1hb1l(a1hb1l)n1a2h或者a2h(b1la1h)n2b1l(a1hb1l)n2a2h，h代表为高折射率介质膜层，l代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λb的四分之一厚度为单位的厚度系数，所述中心波长λb范围在400nm-450nm，所述厚度系数a1的范围为0.1-5，厚度系数a2的范围为0.05-2.5,厚度系数b1的范围为0.1-5，且a1和b1的相对比例关系：a1/b1≤1；各膜层的物理厚度＝厚度系数×λb÷4÷各膜层采用的材料对应的折射率；n1和n2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1h或者低折射率介质膜层b1l为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；

12、所述结构色薄膜由交替的高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，所述结构色薄膜是以高折射率介质膜层或低折射率介质膜层为中心的对称结构，所述结构色薄膜最外边的两层为高折射率介质膜层；所述结构色薄膜位于基底上，所述基底采用黑色基底；

13、所述高折射率介质膜层采用折射率大于1.8的高折射率材料，所述高折射率材料采用hfo2、ta2o5、tio2、zro2和nb2o5中的一种；

14、所述低折射率介质膜层采用折射率在1.3～1.8之间的低折射率材料，所述低折射率材料采用sio2、mgf2和al2o3中的一种。

15、采用上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，其具有的有益效果为：

16、本实用新型在结构方面，结构色薄膜由交替的高低折射率材料堆叠而成，膜层数量5-45层之间，优选11层-35层，正入射条件下可以实现400-450nm的高反射效果，470-780nm波段低反射效果，在大角度60度入射条件下，实现400-780nm全波段低反射效果；在色彩展示方面，小角度入射时，结构色薄膜呈现蓝色，大角度入射时，光谱整体向短波漂移，结构色薄膜对可见光波段表现低反射效果，呈现黑色。该结构色薄膜基于hfo2、ta2o5、sio2、mgf2等全介质材料使用离子辅助-电子束蒸发等物理沉积工艺进行制备，制备工艺较为简单，对环境污染较小，利于大规模工业制备；相较于传统的化学显色，蓝色结构色薄膜具有极佳色彩饱和度、随角异色、环境友好特性，且无需复杂光刻工艺。